ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ И РАСЧЕТЫ В ЭКОЛОГИИ
.pdf
Т.А. Дмитровская В.С. Громова В.В. Сафронов О.А. Ткаченко
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ И РАСЧЕТЫ В ЭКОЛОГИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Т.А. Дмитровская, В.С. Громова В.В. Сафронов, О.А. Ткаченко
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ И РАСЧЕТЫ В ЭКОЛОГИИ
Печатается по решению редакционно-издательского совета ОрелГТУ
Орел 2003
УДК 574(075) ББК 28.708я7 Д53
Рецензенты:
доцент, кандидат технических наук,
В.Г. Еремин
заместитель начальника службы качества ОАО «Янтарь»
В.П. Буткова
Д53 Дмитровская Т.А. и др. Теоретические обоснования и расчеты в экологии Учебное пособие./ Т.А. Дмитровская, В.С. Громова, В.В. Сафронов, О.А. Ткаченко – Орел: ОрелГТУ, 2003. – 55 с.
Учебное пособие является дополнением к теоретическим вопросам экологии, изложенным в учебниках по данному предмету.
Обоснования и расчѐты в экологии позволяют глубже понять основные задачи охраны окружающей среды, совершенствуют теоретические и прививают новые знания.
В учебном пособии представлены обоснования, расчеты и индивидуальные задания по определению параметров очистных устройств, предельно-допустимого выброса (ПДВ), предельно-допустимого сброса (ПДС) загрязняющих веществ (ЗВ), эколого-экономические показатели и др.
Учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей университета изучающих экологию.
УДК 574(075) ББК 28.708я7
ОрелГТУ, 2003 Дмитровская Т.А., Громова В.С., Сафронов В.В., Ткаченко О.А., 2003
|
Содержание |
|
Введение ............................................................................................ |
4 |
|
I. Расчѐт нормированных характеристик выбросов и сбросов |
|
|
загрязняющих веществ................................................................. |
5 |
|
1. Расчѐт промышленных выбросов в атмосферу |
|
|
от стационарного источника ........................................................ |
5 |
|
2. Расчѐт промышленных сбросов сточных вод в водный |
|
|
объект от одиночного источника ................................................ |
8 |
|
II. Расчѐт средств очистки промышленных выбросов |
|
|
и сбросов ..................................................................................... |
12 |
|
1. |
Очистка газовых выбросов от твѐрдых частиц сухим |
|
|
способом. Расчѐт циклона ..................................................... |
12 |
2. |
Очистка газовых выбросов от твѐрдых частиц мокрым |
|
|
способом. Расчѐт скруббера Вентури .................................. |
16 |
3. |
Расчѐт средств механической очистки сточных вод .......... |
19 |
4. |
Расчѐт электрофлотатора при очистке сточных вод от |
|
|
масло - и нефтепродуктов ...................................................... |
22 |
III. Расчѐт средств очистки воздуха для рабочих |
|
|
помещений ................................................................................ |
26 |
|
1.Расчѐт аэродинамических характеристик вытяжной установки и подбор по каталогу вентилятора
|
и электродвигателя ................................................................ |
26 |
2. Расчѐт эксплуатации ячейковых фильтров при очистке |
|
|
|
приточного воздуха ............................................................... |
29 |
IV. Расчет эколого-экономических показателей ....................... |
34 |
|
1. |
Расчѐт экологического ущерба ............................................ |
34 |
2. |
Расчет показателя качества среды ....................................... |
39 |
3. |
Расчѐт платы за загрязнение окружающей среды ............. |
43 |
V. Примеры расчетов ..................................................................... |
47 |
|
Литература ...................................................................................................... |
54 |
|
Введение
Задачи предмета экологии заключаются не только в том, чтобы понять основы и закономерности сохранения динамического равновесия в экосистемах, но и в умении применять их на практике. Использование любого общего положения экологии для решения конкретного вопроса требует расчетного обоснования. При этом теоретические расчеты составляют неотъемлемую часть полноценного изучения предмета. Степень понимания основных законов, особенно инженерной экологии основываются на сознательной оценке результатов конкретных вычислений в сравнении с нормированными характеристиками для определенных объектов окружающей среды и средств очистки.
Расчеты сгруппированы по темам, соответствующим отдельным разделам курса экологии:
-расчет нормированных параметров выбросов и сбросов загрязняющих веществ;
-расчет средств очистки производственных выбросов и сбросов промышленных предприятий;
-расчет средств очистки воздуха производственных помещений;
-расчет эколого-экономических показателей.
Для каждого раздела приведены расчетные формулы, дающие возможность более глубоко осознать те параметры, которые способствуют уменьшению загрязнения объектов биосферы.
При вычислениях необходимо учитывать степень точности приведенных в условиях значений величин, а результат ответа не должен превышать точности исходных данных.
I. Расчет нормированных характеристик выбросов
исбросов загрязняющих веществ
1.Расчѐт промышленных выбросов в атмосферу от стационарного источника [1]
А. Расчѐт определения максимальной приземной концентрации загрязняющего вещества. Рассчитанное значение сравнить с предельно допустимой концентрацией (ПДК) и сделать вывод о необходимости применения очистного устройства.
с |
|
А F M |
m n |
мг/м3 , |
(I.1.1) |
||
|
|
|
|
||||
м |
|
1 |
|
||||
|
|
H 2 (V |
T ) 3 |
|
|
||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
где см - концентрация ЗВ в приземном слое атмосферы (мг/м3); А – показатель температурной стратификации атмосферы при
неблагоприятных метеорологических условиях, определяемый плотностью населения;
250 для районов, расположенных южнее 400 северной широты (с.ш.);
200 для районов, расположенных между 500 с.ш. и 400 с.ш; 180 для районов, расположенных между 500 с.ш. и 520 с.ш. Европейской части и Урала; 160 для районов, расположенных севернее 520 с.ш. Европейской части и Урала; 140 для Москвы и области.
F – коэффициент, учитывающий скорость оседания ЗВ в зависимости от агрегатного состояния:
а) для газообразных веществ равен 1; б) для аэрозолей при степени очистки 0,9 равен 2, при степени
очистки от 0,75 до 0,9 равен 2,5, при степени очистки менее 0,75 и при отсутствии равен 3.
М- масса ЗВ, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (г/с);
- коэффициент, учитывающий рельеф местности, для ровной или при изменении высоты не более 50 м на 1 км = 1;
m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника и определяются в зависимости от параметров f, Vм, Vм , fе по таблице (I.1.1);
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
1000 |
0 |
|
D |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(I.1.2) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H 2 |
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
где |
0 |
- скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
(м/с); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
D, Н – |
диаметр и высота источника (м); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Т |
Т г |
Т в , разность температур газовоздушной смеси и атмо- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
сферного воздуха (0C). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
T |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м3/с, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
Vм |
0,65( |
1 |
|
|
|
)3 |
|
|
|
|
|
|
|
(I.1.3) |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
V – расход газовоздушной смеси (м3/с), равный: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V1 |
|
D2 |
|
0 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(I.1.4) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vм |
1,3 |
0 |
|
D |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(I.1.5) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f е |
800(Vм )3 . |
|
|
|
|
|
|
(I.1.6) |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица I.1.1 |
|||||||
|
|
|
Расчёт коэффициентов m, n, d, uм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f<100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
m |
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
1/(0,67 0,1 f 2 |
0,34 f |
|
3 ) , если fe<f, то 1/(0,67 |
0,1 fe |
|
|
|
0,34 fe |
|
|
) |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Vм<0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
0,5<Vм<2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vм>2 |
|||||||||||||||||||||
n |
|
|
4,4Vм |
|
0,532Vм2-2,13Vм+3,13 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
d |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
2,48(1 0,28 f e |
|
|
) |
|
|
4,95 |
Vм (1 |
0,28 f 3 ) |
|
7 |
Vм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
3 |
|
|
|
|
(1 0,28 f 3 ) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
uм |
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
м |
(1 |
|
0,12 f 2 ) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
Б. Расчѐт расстояния хм, на котором достигается максимальная |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
приземная концентрация см: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
хм |
(5 |
|
F) |
d H м, |
|
|
|
|
|
|
(I.1.7) |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где d- коэффициент, определяемый в зависимости от f и Vм (по таблице (I.1.1)
В. Определение опасной скорости ветра uм, которая рассчитывается в зависимости от f и Vм (по таблице (I.1.1)).
Г. Расчѐт ПДВ – предельно-допустимого выброса газовоздушной смеси.
Согласно экологической безопасности, см=ПДК, а М=ПДВ, тогда:
|
|
1 |
|
|
|
||
|
ПДК Н 2 |
|
|
|
|
|
|
|
(V T ) 3 |
|
|
||||
ПДВ |
|
1 |
|
|
г/с. |
(I.1.8) |
|
A F |
m n |
||||||
|
|
|
|||||
Задание: Рассчитать см, сравнить с ПДК и сделать вывод о необходимости использования очистного устройства, хм, на котором достигается см, опасную скорость ветра uм и ПДВ от стационарного источника, для ровной местности.
№ |
А |
Н, |
D, |
Тг |
Тв |
0 , |
М, |
F |
ПДК, |
вар. |
м |
м |
м/с |
г/с |
мг/м3 |
||||
1 |
140 |
20 |
1,2 |
100 |
25 |
5,6 |
10,4 |
1,2 |
1,0 |
2 |
160 |
40 |
0,8 |
85 |
19 |
4,2 |
6,8 |
1,0 |
0,5 |
3 |
200 |
60 |
1,5 |
150 |
10 |
3,4 |
5,8 |
1,5 |
5,0 |
4 |
180 |
25 |
1,0 |
130 |
22 |
4,0 |
3,4 |
2,0 |
0,35 |
5 |
250 |
30 |
2,0 |
90 |
16 |
2,8 |
11,2 |
1,1 |
3,2 |
6 |
160 |
25 |
1,4 |
60 |
12,4 |
1,4 |
0,8 |
2,5 |
0,08 |
7 |
180 |
50 |
1,6 |
120 |
24 |
6,0 |
13,6 |
3,0 |
1,5 |
8 |
140 |
42 |
1,1 |
100 |
16 |
5,2 |
7,6 |
1,3 |
0,6 |
9 |
200 |
66 |
1,8 |
48 |
9 |
3,9 |
9,2 |
1,6 |
1,2 |
10 |
250 |
80 |
1,5 |
98 |
20 |
4,6 |
1,6 |
2,1 |
0,7 |
11 |
160 |
75 |
0,9 |
80 |
23 |
2,2 |
7,5 |
2,8 |
0,42 |
12 |
140 |
82 |
1,3 |
76 |
21 |
5,8 |
6,6 |
1,0 |
0,56 |
13 |
180 |
48 |
2,2 |
112 |
18 |
3,5 |
2,9 |
2,4 |
0,9 |
14 |
160 |
90 |
1,8 |
140 |
30 |
6,2 |
11,5 |
2,5 |
3,2 |
15 |
200 |
54 |
2,5 |
65 |
14 |
4,4 |
12,2 |
1,0 |
1,8 |
16 |
140 |
40 |
1,5 |
130 |
16 |
1,4 |
13,6 |
1,3 |
1,2 |
17 |
160 |
60 |
1,0 |
90 |
12,4 |
6,0 |
7,5 |
1,5 |
0,9 |
18 |
200 |
25 |
2,0 |
60 |
24 |
5,2 |
9,2 |
2,1 |
0,42 |
19 |
180 |
30 |
1,4 |
120 |
16 |
3,9 |
1,6 |
2,8 |
0,56 |
20 |
250 |
25 |
1,4 |
100 |
22 |
2,2 |
6,6 |
2,4 |
0,9 |
21 |
160 |
50 |
1,1 |
48 |
20 |
5,8 |
2,9 |
2,5 |
18 |
22 |
180 |
42 |
1,8 |
97 |
24 |
3,5 |
11,5 |
1,0 |
1,2 |
23 |
200 |
80 |
0,9 |
76 |
18 |
6,2 |
12,2 |
1,3 |
0,9 |
24 |
250 |
75 |
1,3 |
114 |
30 |
4,4 |
13,6 |
1,5 |
0,42 |
25 |
140 |
54 |
1,8 |
112 |
21 |
2,2 |
1,6 |
1,8 |
0,6 |
26 |
160 |
80 |
1,1 |
120 |
12 |
2,8 |
3,4 |
1,5 |
0,5 |
27 |
200 |
46 |
1,6 |
60 |
16 |
4,0 |
5,8 |
1,0 |
1,0 |
28 |
250 |
80 |
1,8 |
48 |
22 |
3,6 |
9,2 |
1,5 |
1,2 |
2 Расчѐт промышленных сбросов сточных вод в водный объект от одиночного источника [2,3]
Санитарно-гигиенические требования к качеству воды относятся не ко всей акватории водного объекта, а только к местам или створам водопользования. В водотоках контрольный створ, где состав и свойства воды должны соответствовать нормативам, расположен на расстоянии 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования:
c>>ПДК |
c<ПДК |
1 км
Сброс сточных вод |
Контрольный створ |
Створ |
|
|
водопользования |
В непроточных водоѐмах контрольная зона должна соответствовать нормативам в радиусе 1 км от пункта водопользования.
Требования к составу и свойствам воды в контрольных зонах определяют условия отведения сточных вод.
Расчѐт степени разбавления сточных вод в контрольной зоне.
n |
cсв |
сф |
|
|
|
ск |
, |
(I.2.1) |
|||
|
|||||
|
сф |
|
|||
где n – кратность разбавления сточных вод в контрольной зоне; ссв – концентрация ЗВ в сточной воде (мг/л); ск – концентрация ЗВ в контрольной зоне (мг/л);
сф – концентрация одноимѐнного ЗВ в водном объекте до сброса сточных вод – фоновая (мг/л).
Расчѐт ПДС – предельно – допустимого разового сброса сточных вод.
ПДС=ДКсвq мг, |
(I.2.2) |
где ПДС – предельно допустимый сброс ЗВ (мг); ДКсв – допустимая концентрация ЗВ в сточной воде (мг/л); q – объѐм разового отведения сточной воды (л).
ДКсв (ПДК |
|
сф ) |
|
|
ПДК , |
(I.2.3) |
||||
где - коэффициент смешения; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ПДК – предельно допустимая концентрация ЗВ (мг/л). |
|
|||||||||
|
|
|
е( к 3 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
L ) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(I.2.4) |
|
|
|
q |
|
k 3 |
|
|
|||
1 |
|
e( |
L ) |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
||
где L – длина русла реки от выпуска сточных вод до контрольного створа (м).
k |
3 ДТ / Q , |
(I.2.5) |
где 
- коэффициент, характеризующий месторасположение выпуска сточных вод (для берегового =1, для сечения русла=1,5).
L |
, |
(I.2.6) |
|
||
L |
||
n |
|
|
где Lп – расстояние между параллельными сечениями выпуска сточных вод и контрольного створа
(обычно Lп составляет около 0,8 от L, то 
1,25 );
ДТ – коэффициент турбулентной диффузии в водоѐме (м2/с).
ДТ g H M Cш , |
(I.2.7) |
где g – ускорение свободного падения (м/с2);
Н– глубина водоѐма по длине смешения (м);
-средняя по сечению скорость течения на расстоянии L (м/c);
М – функция Шези=22,3; Сш – коэффициент Шези (40-44 м1/2/с);
Q – объѐм чистой воды, необходимый для разбавления сточной воды, чтобы концентрация ЗВ уменьшилась до концентрации
ск<ПДК (л).